一种自带晶圆寻边传感器的机械手制造技术

本发明专利技术涉及一种自带晶圆寻边传感器的机械手，包括主臂（100）、寻边传感器（1103）和芯轴组件（140），寻边传感器（1103）能随主臂（100）一起升降旋转，主臂（100）采用第一中空结构，芯轴组件（140）贯穿所述第一中空结构并设置成相对主臂（100）不旋转但能相对主臂（100）升降的状态，芯轴组件（140）采用中空轴形成第二中空结构，所述第二中空结构始终保持抽气状态，托盘（1402）托住晶圆背部并与之保持一定空间与大气相通产生负压，使托盘（1402）在取送晶圆时能够稳固并托住晶圆。本发明专利技术将寻边传感器与机械手合二为一，寻边过程中晶圆不旋转主臂带着传感器高速旋转,有效避免现有旋转晶圆带来的缺陷，托盘支撑晶圆的负压结构有效克服了现有吸盘结构的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
优先权声明本申请基于2016年5月24日提出申请的第201610349537.8号要求优先权。以参照的方式在本说明书中引用该申请的所有内容。
本专利技术涉及一种用于取送晶圆的机械手，尤其涉及一种自带晶圆寻边传感器的晶圆机械手。
技术介绍
目前，晶圆传送机械手多是和晶圆寻边机构分开的，也有少数是托着晶圆寻边机构在水平方向移动的，如日本RORZE公司生产的四盒（loadport）Sorter中的寻边传感器Aligner（x2）即将寻边机构固定设置在该设备的两侧。现有晶圆传送机械手的工作程序是：先将晶圆从晶圆片盒中取出并传送至晶圆寻边机构的托盘上，启动中心旋转托盘电机并带动晶圆快速旋转，通过固定在寻边机构（大于晶圆直径300MM）的缺口传感器检测到晶圆缺口（Notch）后快速定位并由专用照相机（OCR）解读编码，之后再由机械手托起晶圆离开托盘并送到指定的位置。晶圆传送机械手的现有技术存在如下几个方面的技术缺陷：（1）现有的寻边机构都是托盘带着晶圆高速旋转，检测缺口的传感器及专用照相机不旋转，这样的结构设置易使高速旋转的晶圆产生振动和位移，进而极易造成纳米级颗粒及晶圆的背部划痕以致晶圆芯片特征的损坏，而这些微小的损坏都会造成晶圆制造工艺过程中不良品率灾难性的上升，尤其当前是芯片产业的高速发展期，现在的晶圆电路特征尺寸已达到19纳米，晶圆厚度也在不断地减小，任何微小的振动都会产生纳米级的颗粒，从而使晶圆造成二次污染；造成不可挽回的损失（2）现有技术中的晶圆传送时间长，机械手需要先从片盒中取出并放到机柜一侧固定的寻边机构上，等待该机构完成寻边、照相OCR、重新定位后，机械手再取回晶圆继续传送到指定位置，使整体晶圆传送时间拖长，这会使芯片生产效率低，芯片制造成本增高；（3）半导体12寸芯片制造业中几乎每道工序都离不开机械手的传送，而机械手的制造商都是以多种功能为一体成套供应（EFEM），因此，现有技术中机械手整体系统EFEM中多了最少一套（有时需二套）独立的寻边机构使整体系统EFEM成本大幅提高。专利号为ZL200810224701.8的中国专利技术专利公开了一种取送硅片的机械手，包括一水平驱动机构，一垂直驱动机构、一旋转驱动机构和安装三个驱动机构的机架；水平驱动机构包括一水平驱动电机，水平驱动电机通过第一传动装置连接一沿两水平光杠水平移动的支架；垂直驱动机构包括一连接在支架上的垂直驱动电机，垂直驱动电机通过第二传动装置连接一沿两垂直光杠上下移动的升降架；旋转驱动机构包括一连接在升降架上的旋转驱动电机，旋转驱动电机通过第三传动装置连接一主臂，主臂顶部穿出支架顶部连接一手爪，手爪上表面设置有吸盘，在主臂的中心和手爪上设置有一连通吸盘的真空气道。该专利技术结构简单，体积小，成本低，可以广泛用于各种硅片的取送搬运过程中。但该专利技术存在如下技术缺陷：该专利技术仅可在X向托着传统寻边机构在一固定平面内水平移动而不能随主臂升降，每片寻边时都要上下往复双程不能提高效率，无法真正实现寻边和照相（OCR）工作和机械手的二体合一。此外，该专利技术手叉较长不能将托住的硅片（晶圆）放到主臂中轴线上并围其轴旋转达到硅片不转主臂旋转寻边的新方式。
技术实现思路
为了解决上述现有用于取送晶圆的机械手存在的技术缺陷，本专利技术采用的技术方案如下：一种自带晶圆寻边传感器的机械手，包括主臂和芯轴组件，所述主臂包含寻边传感器、前臂中空减速机和主臂中空减速机，所述寻边传感器与所述主臂为一体式结构并能够随所述主臂一起升降并进行旋转动作，所述主臂采用第一中空结构，所述芯轴组件贯穿所述第一中空结构并设置成相对所述主臂不旋转但能相对所述主臂进行上下局部位移的状态。优选的是，所述芯轴组件包含芯轴轴体，所述芯轴轴体贯穿所述第一中空结构。在上述任一方案中优选的是，所述芯轴组件包含托盘，所述托盘位于所述芯轴轴体的顶端，当托盘与晶圆接触后托盘支撑表面与晶圆底面之间保持一定距离，托盘支撑表面与晶圆底面之间所围成的空间与大气相通。在上述任一方案中优选的是，所述芯轴轴体设有第二中空结构，所述第二中空结构采用中空轴形成，所述芯轴轴体的顶部设有开口，所述开口的水平位置低于托盘支撑面的水平位置，所述第二中空结构的底部安装有气嘴。在上述任一方案中优选的是，所述托盘为爪式托盘，所述爪式托盘的爪部用于支撑并托住晶圆的底面并保留一定空间，所述爪部与晶圆的底面之间的空间处于大气之中。在上述任一方案中优选的是，所述芯轴组件包括芯轴升降机构，所述芯轴升降机构包括第三电机、芯轴丝杠、芯轴升降螺母、芯轴升降底座和芯轴升降导柱。在上述任一方案中优选的是，所述寻边传感器固定安装在所述主臂上，所述寻边传感器包括晶圆缺口传感器（Notch）和相机，所述寻边传感器具有图像识别系统（OCR）的功能，所述寻边传感器能够随所述主臂进行升降以及旋转动作。在上述任一方案中优选的是，所述主臂包括机械手升降机构，所述机械手升降机构包括机械手升降底座、机械手升降丝杠、机械手升降导柱、机械手升降螺母和第四电机。通过机械手升降机构可以对主臂进行升降控制。在上述任一方案中优选的是，还包括升降限位机构，所述升降限位机构包括限位柱和主臂限位片，所述限位柱设置于机械手升降机构上，所述主臂限位片设置于设置于所述主臂下端并可随主臂旋转。所述限位柱上的设置有多个间隔限位柱限位片，所述限位柱限位片上装有第一电极，所述主臂限位片装有第二电极。在上述任一方案中优选的是，所述相邻限位柱限位片的距离与片盒中相邻晶圆的距离相等。在上述任一方案中优选的是，所述主臂包括第一主臂组件、第二主臂组件和第三主臂组件，所述第二主臂组件采用前臂中空减速机，控制第一主臂组件的旋转，所述第三主臂组件采用主臂中空减速机，控制第二主臂组件的旋转。所述前臂中空减速机包括第一电机和第一齿轮传动机构。第一电机驱动第一齿轮传动机构实现前臂中空减速机的功能。所述主臂中空减速机包括第二电机和第二齿轮传动机构。第二电机驱动第二齿轮传动机构实现主臂中空减速机的功能。通过前臂中空减速机和主臂中空减速机使得所述主臂在升降的同时，所述第一主臂组件和所述第二主臂组件可以各自旋转。在上述任一方案中优选的是，所述第一主臂组件包括前臂和手叉，所述手叉上设有手叉传感器。机械手手叉用于取出晶圆，在取出晶圆过程中，手叉传感器可用于确定晶圆圆心的位置。在上述任一方案中优选的是，所述机械手升降导柱上安装有配重弹簧。在上述任一方案中优选的是所述晶圆机械手，包括滑座，所述滑座包括底座和机械手水平移动滑块，所述机械手水平移动滑块可以控制机械手水平移动。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：1）本专利技术将所述机械手的主臂和寻边传感器合二为一，在完成寻边、照相OCR、重新定位的同时将晶圆传送到指定位置，大幅提高了取送晶圆的工作效率；2）由于本专利技术在晶圆传送及寻边过程中，寻边传感器随主臂高速旋转，位于第一中空结构的芯轴组件不旋转但能相对主臂上下位移，因此有效避免了现有技术中晶圆在高速旋转时易造成的划痕和损坏现象，同时也基本消除了晶圆在传送过程中的振动，进而也有效降低了由于振动引起的纳米级颗粒对晶圆的二次污染现象；3）由于本专利技术所述芯轴组件和托盘之间设置有负压通道，从而使得托盘支撑结构与晶圆底面之间的空间始终处于负压状态，既确保托盘能将晶圆支撑并托住，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自带晶圆寻边传感器的机械手，包括主臂（100）和芯轴组件（140），其特征在于主臂（100）包含寻边传感器（1103）。

【技术特征摘要】
2016.05.24 CN 20161034953781.一种自带晶圆寻边传感器的机械手，包括主臂（100）和芯轴组件（140），其特征在于主臂（100）包含寻边传感器（1103）。2.如权利要求1所述的自带晶圆寻边传感器的机械手，主臂（100）还包括前臂中空减速机和主臂中空减速机，其特征在于，寻边传感器（1103）与主臂（100）为一体式结构并能够随主臂（100）一起进行升降及旋转动作，主臂（100）采用第一中空结构，芯轴组件（140）贯穿所述第一中空结构并设置成相对主臂（100）不旋转但能相对主臂（100）进行上下局部位移的状态。3.如权利要求2所述的自带晶圆寻边传感器的机械手，其特征在于，芯轴组件（140）包含芯轴轴体（1401），芯轴轴体（1401）贯穿所述第一中空结构。4.如权利要求3所述的自带晶圆寻边传感器的机械手，其特征在于，芯轴组件（140）包含托盘（1402），托盘（1402）位于芯轴轴体（1401）的顶端，当托盘（1402）与晶圆（1104）接触后托盘（1402）支撑表面与晶圆（1104）底面之间保持一定距离，托盘（1402）支撑表面与晶圆（1104）底面之...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈百捷，王镇清，姚广军，
申请(专利权)人：陈百捷，
类型：发明
国别省市：北京;11